发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 705-715.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23007
王耀函1, 张扬帆1, 赵庆旭2, 王晓东2, 梁恺1, 王玙1
收稿日期:
2023-11-17
修回日期:
2024-02-27
出版日期:
2024-08-31
发布日期:
2024-08-27
通讯作者:
王晓东
作者简介:
基金资助:
Yaohan WANG1, Yangfan ZHANG1, Qingxu ZHAO2, Xiaodong WANG2, Kai LIANG1, Yu WANG1
Received:
2023-11-17
Revised:
2024-02-27
Published:
2024-08-31
Online:
2024-08-27
Contact:
Xiaodong WANG
Supported by:
摘要:
目的 电网电压跌落故障会引起风电机组载荷的剧烈变化,严重影响风电机组的安全稳定运行。随着风电机组的大型化,风电叶片长度不断增加,塔筒增高,其载荷特性对系统参数波动变得敏感。因此,需要研究电网电压跌落过程中关键部件的载荷与振动特性。 方法 提出了基于动态链接库和Socket通信的数据交互方式,建立了Simulink与Bladed的联合仿真方法。基于某3.4 MW风电机组模型,采用给定风速变化的工况对联合仿真平台进行验证。研究了低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)过程中机组总体性能与叶片、塔筒载荷的变化关系。 结果 电网电压跌落幅值对电机功率影响较大,对风轮的调节参数影响较小。低电压穿越过程中风轮的桨矩角调节和转速有较长时间的波动,叶片外叶展处载荷的变化大于内叶展处,叶尖位移增加。塔架的振动频率与固有频率接近,存在潜在风险,需要在机组设计中考虑。 结论 联合仿真平台可以很好地模拟风电机组的气动性能与部件载荷的暂态特性,为机组的优化控制提供参考。
中图分类号:
王耀函, 张扬帆, 赵庆旭, 王晓东, 梁恺, 王玙. 低电压穿越过程中风电机组载荷特性联合仿真研究[J]. 发电技术, 2024, 45(4): 705-715.
Yaohan WANG, Yangfan ZHANG, Qingxu ZHAO, Xiaodong WANG, Kai LIANG, Yu WANG. Joint Simulation Study on Load Characteristics of Wind Turbines in Low Voltage Ride Through Process[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(4): 705-715.
参数 | 正常工况 | 工况1 | 工况2 | ||
---|---|---|---|---|---|
数值 | 增幅 | 数值 | 增幅 | ||
风轮扭矩/(kN⋅m) | 3 030 | 3 423 | 12.9% | 3 667 | 21.0% |
外叶展扭矩/(kN⋅m) | 3.75 | 4.57 | 21.9% | 4.72 | 25.9% |
叶尖位移/m | 1.2 | 1.35 | 12.5% | 1.43 | 19.2% |
表1 LVRT期间载荷与位移数据
Tab. 1 Load and displacement data during LVRT
参数 | 正常工况 | 工况1 | 工况2 | ||
---|---|---|---|---|---|
数值 | 增幅 | 数值 | 增幅 | ||
风轮扭矩/(kN⋅m) | 3 030 | 3 423 | 12.9% | 3 667 | 21.0% |
外叶展扭矩/(kN⋅m) | 3.75 | 4.57 | 21.9% | 4.72 | 25.9% |
叶尖位移/m | 1.2 | 1.35 | 12.5% | 1.43 | 19.2% |
参数 | 正常工况 | 工况1 | 工况2 | ||
---|---|---|---|---|---|
数值 | 增幅 | 数值 | 增幅 | ||
位移/cm | 7.90 | 14.48 | 83% | 15.76 | 99.5% |
推力/kN | 350.0 | 461.6 | 31% | 485.5 | 38.0% |
弯矩/(kN⋅m) | 19 415 | 29 510 | 52% | 31 733 | 63.4% |
表2 塔架载荷与位移数据
Tab. 2 Tower load and displacement data
参数 | 正常工况 | 工况1 | 工况2 | ||
---|---|---|---|---|---|
数值 | 增幅 | 数值 | 增幅 | ||
位移/cm | 7.90 | 14.48 | 83% | 15.76 | 99.5% |
推力/kN | 350.0 | 461.6 | 31% | 485.5 | 38.0% |
弯矩/(kN⋅m) | 19 415 | 29 510 | 52% | 31 733 | 63.4% |
1 | 魏韡,范越,谢睿,等 .平抑高比例新能源发电功率波动的风-光-储容量最优配比[J].电力建设,2023,44(3):138-147. doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2023.03.014 |
WEI W, FAN Y, XIE R,et al .Optimal ratio of wind-solar-storage capacity for mitigating the power fluctuations in power system with high penetration of renewable energy power generation[J].Electric Power Construction,2023,44(3):138-147. doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2023.03.014 | |
2 | 蒙志全,楼贤嗣,时涵,等 .面向电力系统调度需求的负荷资源调控技术研究综述[J].浙江电力,2022,41(8):31-40. |
MENG Z Q, LOU X S, SHI H,et al .A review of load resource scheduling and control geared to the needs of power system scheduling[J].Zhejiang Electric Power,2022,41(8):31-40. | |
3 | 尹昌洁,权楠,苏凯,等 .我国分布式能源发展现状及展望[J].分布式能源,2022,7(2):1-7. |
YIN C J, QUAN N, SU K,et al .Status and outlook of distributed energy development in China[J].Distributed Energy,2022,7(2):1-7. | |
4 | 尚勇,王喆,严欢,等 .“双碳” 背景下陕西新型电力系统研究探索[J].电网与清洁能源,2023,39(12):20-27. |
SHANG Y, WANG Z, YAN H,et al .Research exploration of Shaanxi new type power system in the background of “dual carbon”[J].Power System and Clean Energy,2023,39(12):20-27. | |
5 | 文劲宇,周博,魏利屾 .中国未来电力系统储电网初探[J].电力系统保护与控制,2022,50(7):1-10. doi:10.1109/mc.2017.52 |
WEN J Y, ZHOU B, WEI L S .Preliminary study on an energy storage grid for future power system in China[J].Power System Protection and Control,2022,50(7):1-10. doi:10.1109/mc.2017.52 | |
6 | 刘宇,丛雨,郝晓玮,等 .基于PSD-BPA的双馈风电机组分段故障穿越特性及控制模式分析[J].内蒙古电力技术,2023,41(3):8-15. |
LIU Y, CONG Y, HAO X W,et al .Analysis of segmented fault ride-through characteristics and control modes of double-fed wind turbines based on PSD-BPA[J].Inner Mongolia Electric Power,2023,41(3):8-15. | |
7 | 高长伟,黄翀阳,郑伟强,等 .虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制[J].电力系统保护与控制,2023,51(10):142-152. |
GAO C W, HUANG C Y, ZHENG W Q,et al .Low voltage ride-through control of a renewable energy unit with virtual impedance braking[J].Power System Protection and Control,2023,51(10):142-152. | |
8 | 王伟,孙明冬,朱晓东 .双馈式风力发电机低电压穿越技术分析[J].电力系统自动化,2007,31(23):84-89. doi:10.3321/j.issn:1000-1026.2007.23.019 |
WANG W, SUN M D, ZHU X D .Analysis on the low voltage ride through technology of DFIG[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(23):84-89. doi:10.3321/j.issn:1000-1026.2007.23.019 | |
9 | 刘海金,靳鹤志,王金浩,等 .含高比例分布式电源的直流配电系统故障恢复过电压机理及其抑制[J].电测与仪表,2023,60(11):45-52. |
LIU H J, JIN H Z, WANG J H,et al .Fault recovery overvoltage mechanism and its suppression in DC distribution system with high-proportion DG penetration[J].Electrical Measurement & Instrumentation,2023,60(11):45-52. | |
10 | 胡家兵,孙丹,贺益康,等 .电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制[J].电力系统自动化,2006,30(8):21-26. doi:10.3321/j.issn:1000-1026.2006.08.005 |
HU J B, SUN D, HE Y K,et al .Modeling and control of DFIG wind energy generation system under grid voltage dip[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(8):21-26. doi:10.3321/j.issn:1000-1026.2006.08.005 | |
11 | 杨玉坤,许建中 .基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略[J].电力系统保护与控制,2023,51(18):106-116. |
YANG Y K, XU J Z .Low voltage ride-through strategy for high-capacity direct-drive wind turbines based on supercapacitor energy storage[J].Power System Protection and Control,2023,51(18):106-116. | |
12 | PAK L F, DINAVAHI V .Real-time simulation of a wind energy system based on the doubly-fed induction generator[J].IEEE Transactions on Power Systems,2009,24(3):1301-1309. doi:10.1109/tpwrs.2009.2021200 |
13 | 朱月,沙俊民,赵静 .含不同机组风电场低电压穿越能力仿真研究[J].发电技术,2020,41(3):328-333. doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.18132 |
ZHU Y, SHA J M, ZHAO J .Simulation study on low voltage ride-through capability of wind farms with different units[J].Power Generation Technology,2020,41(3):328-333. doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.18132 | |
14 | 尹尧杰,廖明夫,吕品,等 .电压跌落对风力机叶片振动影响分析[J].振动与冲击,2016,35(10):192-201. |
YIN Y J, LIAO M F, LÜ P,et al .Investigation of voltage sag impact on wind turbine blade vibrations[J].Journal of Vibration and Shock,2016,35(10):192-201. | |
15 | 朱志权 .兆瓦级风电机组低电压穿越过程运行特性分析[J].电机与控制应用,2022,49(8):87-92. doi:10.12177/emca.2022.081 |
ZHU Z Q .Analysis on operation characteristics of MW-level wind turbine during low voltage ride through[J].Electric Machines & Control Application,2022,49(8):87-92. doi:10.12177/emca.2022.081 | |
16 | 周昳鸣,闫姝,刘鑫,等 .中国海上风电支撑结构一体化设计综述[J].发电技术,2023,44(1):36-43. doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22033 |
ZHOU Y M, YAN S, LIU X,et al .Summary of offshore wind support structure integrated design in China[J].Power Generation Technology,2023,44(1):36-43. doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22033 | |
17 | MOHAMMADI E, FADAEINEDJAD R, MOALLEM M .A new control strategy to suppress the tower vibrations of variable speed wind turbines[J].Journal of Renewable and Sustainable Energy,2014,6(3):33106. doi:10.1063/1.4871470 |
18 | 付德义,秦世耀,薛扬,等 .风电机组低电压穿越过程机械载荷特性研究[J].太阳能学报,2016,37(5):1100-1106. doi:10.3969/j.issn.0254-0096.2016.05.003 |
FU D Y, QIN S Y, XUE Y,et al .Wind turbine mechanical load characteristics research during LVRT[J].Acta Energiae Solaris Sinica,2016,37(5):1100-1106. doi:10.3969/j.issn.0254-0096.2016.05.003 | |
19 | 胡文平,周文,王磊,等 .基于联合仿真的风电机组低电压穿越传动链扭振抑制研究[J].电力系统保护与控制,2016,44(24):196-201. doi:10.7667/PSPC152181 |
HU W P, ZHOU W, WANG L,et al .Study on suppression strategy for wind turbine drive train torsional vibration under grid fault based on co-simulation[J].Power System Protection and Control,2016,44(24):196-201. doi:10.7667/PSPC152181 | |
20 | 应有,孙勇,杨靖,等 .大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析[J].电力系统自动化,2020,44(12):131-138. doi:10.7500/AEPS20190911006 |
YING Y, SUN Y, YANG J,et al .Load characteristic analysis of grid fault ride-through process for DFIG based large wind turbine[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(12):131-138. doi:10.7500/AEPS20190911006 | |
21 | 敬维 .基于GH Bladed和MATLAB的交互软件及风机的变桨控制研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011. |
JING W .Research on interactive software and variable pitch control of fan based on GH Bladed and MATLAB[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2011. | |
22 | 刘国祥,崔新维 .基于Bladed和MATLAB的风机联合建模与仿真[J].机械工程与自动化,2013(5):67-69. |
LIU G X, CUI X W .Joint modeling and simulation analysis of wind turbine based on MATLAB and bladed[J].Mechanical Engineering & Automation,2013(5):67-69. | |
23 | 刘兴华,敬维,林威 .GH Bladed和Matlab的交互软件设计及风力发电机的独立变桨控制器仿真研究[J].中国电机工程学报,2013,33(22):83-88. |
LIU X H, JING W, LIN W .Interactive software platform design based on GH bladed and Matlab with simulation study of individual pitch controller of wind turbine[J].Proceedings of the CSEE,2013,33(22):83-88. | |
24 | 程利民 .基于Bladed与Matlab的风力发电机组控制器设计[J].山东工业技术,2016(15):137. |
CHENG L M .Design of wind turbine controller based on bladed and Matlab[J].Journal of Shandong Industrial Technology,2016(15):137. | |
25 | 高峰,王伟,杨锡运 .基于免疫遗传算法的风力发电机组变增益PI控制器参数整定与优化[J].动力工程学报,2016,36(1):22-29. doi:10.3969/j.issn.1674-7607.2016.01.004 |
GAO F, WANG W, YANG X Y .Parameters tuning and optimization for variable-gain PI controller of wind turbine based on immune genetic algorithm[J].Journal of Chinese Society of Power Engineering,2016,36(1):22-29. doi:10.3969/j.issn.1674-7607.2016.01.004 | |
26 | 杨靖,张书涵,许国东,等 .双馈风电机组电能质量特性联合仿真建模分析[J].新能源进展,2021,9(6):540-546. doi:10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.012 |
YANG J, ZHANG S H, XU G D,et al .United simulation analysis of power quality characteristics of DFIG wind turbines[J].Advances in New and Renewable Energy,2021,9(6):540-546. doi:10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.012 | |
27 | 罗亚非 .基于TCP的Socket多线程通信[J].电脑知识与技术,2009,5(3):563-565. doi:10.3969/j.issn.1009-3044.2009.03.020 |
LUO Y F .The multi-thread communication of Socket based on TCP[J].Computer Knowledge and Technology,2009,5(3):563-565. doi:10.3969/j.issn.1009-3044.2009.03.020 | |
28 | 全国风力机械标准化技术委员会 . 风力发电机组 故障电压穿越能力测试规程:GB∕T 36995—2018 [S].北京:中国标准出版社,2019. |
National Technical Committee for Standardization of Wind Machinery . Wind turbines:test procedure of voltage fault ride though capability: [S].Beijing:Standards Press of China,2019. |
[1] | 樊昂, 李录平, 刘瑞, 欧阳敏南, 陈尚年. 不同风速对单桩式海上风电机组塔筒动态特性的影响[J]. 发电技术, 2024, 45(2): 312-322. |
[2] | 孙财新, 张波, 唐巍, 周昳鸣, 付明志, 秦猛, 郭小江. 海上风电机组国产化研究与实践[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 696-702. |
[3] | 唐婧怡, 楚帅, 葛维春, 李音璇, 刘闯. 电极式电制热与传统制热的差异及其在碳中和的应用前景[J]. 发电技术, 2021, 42(5): 525-536. |
[4] | 李亚光, 李蒙. 基于深度小世界神经网络的风电机组异常检测[J]. 发电技术, 2021, 42(3): 313-321. |
[5] | 冷喜武. 美国得州2021轮停事故分析及其对中国电网改革的启示[J]. 发电技术, 2021, 42(2): 151-159. |
[6] | 赵海川, 芦彦东, 郑浩康, 邢作霞. 低压微网中小型直驱永磁风电机组低电压穿越技术研究[J]. 发电技术, 2020, 41(6): 659-666. |
[7] | 于永军,王利超,张明远,肖仕武,张馨元. 基于阻抗特性多项式拟合的直驱风电机组次同步振荡稳定判据[J]. 发电技术, 2020, 41(4): 429-436. |
[8] | 范丽霞,蔡瑞强,张欢畅,魏远,田恬,胡斌. 电压型虚拟同步发电机控制策略下的双馈风电机组阻抗及次同步振荡特性[J]. 发电技术, 2019, 40(5): 434-439. |
[9] | 柴海棣,赵晓艳,史波. 基于能量传递模型的永磁直驱变桨变速风电机组功率特性测试方法[J]. 发电技术, 2019, 40(4): 396-402. |
[10] | 刘永前,赖福兴,阎洁,陈子新,李莉,韩爽,王永. 考虑不同截面翼型选取的风电机组叶片优化设计方法[J]. 发电技术, 2019, 40(4): 382-388. |
[11] | 张中泉,刘晓光,钟天宇. 风电机组有功功率集散优化控制系统研究[J]. 发电技术, 2018, 39(6): 574-579. |
[12] | 樊新东,杨秀媛,金鑫城. 风电场有功功率控制综述[J]. 发电技术, 2018, 39(3): 268-276. |
[13] | 李英彪,梁军,吴广禄,李根. 多电压等级直流电力系统发展与挑战[J]. 发电技术, 2018, 39(2): 118-128. |
[14] | 王建国,林语桐,田野,杜鹏,张培焱,辛红伟,武英杰. 基于VMD与不同包络阶次构造的风电机组滚动轴承故障诊断[J]. 发电技术, 2018, 39(1): 63-69. |
[15] | 刘晓光,吕渤林. 弃风条件下考虑机群电价差异的风电场控制策略[J]. 发电技术, 2018, 39(1): 49-52. |
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